Із симетричної сфери створили джерело світла з круговою поляризацією

Фізикам вдалося отримати світло з круговою поляризацією від сферичного симетричного джерела розміром кілька нанометрів. В основі методу лежить катодолюмінесценція, а характер поляризації залежить від положення використовуваного електронного променя. Крім фундаментального значення, спосіб може допомогти у створенні квантових комп'ютерів. Стаття опублікована в.

Електромагнітне хвилі за своєю природою поперечні, тобто в промені світла коливання йдуть поперек його осі. У природному світлі, як від Сонця або лампи розжарювання, коливання не лежать в одній площині, а розподілені хаотично по колу, і такі хвилі називають неполяризованими. Однак якщо коливання йдуть в одному напрямку або в декількох, то таке світло точно буде поляризованим.

Поляризація при цьому буває різною. Якщо площина коливань лише одна, її називають лінійною. Якщо дві хвилі з різною площиною поляризації поєднати перпендикулярно один одному, але зі зрушенням фази, то вони складуться, і вектор електричного поля буде постійно описувати коло. Таку поляризацію називають круговою. Зараз кругової поляризації світла в повсякденному житті майже немає практичного застосування, і тільки деякі тварини здатні його помічати - наприклад, кілька видів морських ракоподібних.

Однак цей ефект може стати в нагоді в перспективній електроніці, в тому числі квантових комп'ютерах. Наприклад, з його допомогою можна впливати на електрони всередині квантових точок. Один із способів отримати хвилю з круговою поляризацією - використовувати хіральний (несиметричний) на масштабах менше довжини хвилі джерело світла. Тому в дослідженнях у галузі квантових обчислень до звичайного світячого джерела, наприклад, однофотонного генератора, під'єднують хіральну оптичну наноантену.

Таеко Матсукато (Taeko Matsukata) з Токійського технологічного інституту і його колеги придумали, як домогтися керованої наноскопічної люмінесценції без використання антен, прямо від джерела. В якості джерел світла використовували кремниві сфери діаметром 100 нанометрів, які починають світитися під дією потоку вільних електронів. Це явище називається катодолюмінесценція: в ній немає нічого нового - за цим принципом працювали кінескопні телвізори, у яких кругової поляризації не спостерігалося.

Знахідка японських вчених полягає в тому, що вони змогли керувати поляризацією світла за рахунок вибору місця і кута падіння електронного променя.

Електрони впливали на дипольний момент наносфери, порушуючи симетрію, роблячи її хіральною. Залежно від комбінації кута опромінення та енергії сфера випускала світло з різною поляризацією, в тому числі, при деяких конфігураціях, одна її сторона світилася з правою круговою поляризацією, а друга - з лівою.

Описаний метод отримання світла з заданою поляризацією стабільний і точний: в ході експерименту вдавалося домогтися довільної різниці фаз, нуля до пі, і тому технології може знайтися застосування в елементарній базі обчислювальної техніки майбутнього.

У поляризованого світла є ряд особливих властивостей: наприклад, поляризація дозволяє подолати дифракційну межу і побачити мікроскопічні деталі.